南開大學(xué)：生化課件02蛋白質(zhì)化學(xué)

糖類脂類維生素激素核酸氨基酸核苷酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)酶蛋白質(zhì)代謝調(diào)節(jié)輔助因子基因表達(dá)生物化學(xué)知識體系第二章

蛋白質(zhì)化學(xué)

ChemistryofProtein第一節(jié)

通論

一、

蛋白質(zhì)的化學(xué)概念

蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸（aminoacids）通過肽鍵（peptidebond）相連形成的有特定空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)活性的高分子含氮化合物。二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性

1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能

作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲運(yùn)動與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞3.氧化供能*根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分

單純蛋白質(zhì)（SimpleProtein）結(jié)合蛋白質(zhì)（ConjugateProtein）

=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分

*根據(jù)蛋白質(zhì)形狀

纖維狀蛋白質(zhì)（FibrouseProtein）：

難溶于水，結(jié)構(gòu)蛋白

球狀蛋白質(zhì)（GlobularProtein）：多溶于水，功能蛋白

三、

蛋白質(zhì)的分類

*根據(jù)蛋白質(zhì)功能

/溶解度

纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)四、蛋白質(zhì)的元素組成

主要有C、H、O、N，還有S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％?？赏ㄟ^測定含氮量來計算蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.251/16%

蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)第二節(jié)

蛋白質(zhì)的組成單位

——氨基酸一、氨基酸一般結(jié)構(gòu)特征蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下，水解為氨基酸（AminoAcid）——蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。存在自然界中的氨基酸有數(shù)百種，但組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸主要有20種。氨基酸結(jié)構(gòu)通式α

2個特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）氨基酸的構(gòu)型

組成蛋白質(zhì)的氨基酸除Gly（R=H）以外都有手性碳原子，在三維空間上就有兩種不同的排列方式，它們互為鏡影，這兩種不同的構(gòu)型分別稱為D-型和L-型。D/L標(biāo)記法甘油醛D/L分型為參考標(biāo)準(zhǔn)球棍式投影式透視式二、氨基酸的分類和結(jié)構(gòu)依R基團(tuán)結(jié)構(gòu)分：非極性氨基酸（NonpolarAminoAcids）9種極性，不帶電荷氨基（Polar,UnchargedAminoAcids）6/7種

酸性氨基酸(-)（AcidicAminoAcids）2種堿性氨基酸(+)（BasicAminoAcids）3種含非極性R基團(tuán)的氨基酸（甲硫氨酸）含極性不帶電荷R基團(tuán)的氨基酸

含帶負(fù)電荷（酸性）R基團(tuán)的氨基酸含帶正電荷（堿性）R基團(tuán)的氨基酸三、蛋白質(zhì)中修飾性氨基酸

5-羥賴氨酸4-羥脯氨酸甲狀腺素3-甲基組氨酸ε-N-甲基賴氨酸ε—N-N-N-三甲基賴氨酸α-氨基己二酸γ-羧基谷氨酸焦谷氨酸磷酸絲氨酸磷酸蘇氨酸磷酸酪氨酸N-甲基精氨酸N-乙酰賴氨酸四、非蛋白質(zhì)氨基酸五、氨基酸的一般性質(zhì)無色晶體或粉末狀熔點(diǎn)高：>200°C

紫外吸收性質(zhì)：芳香、雜環(huán)氨基酸旋光性：Gly除外溶解性：一般溶于水、稀酸堿；不溶于有機(jī)溶劑色氨酸：279nm

酪氨酸：275nm

苯丙氨酸：259nm紫外吸收大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這三種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。旋光性組成蛋白質(zhì)的氨基酸除Gly以外，都有手性碳原子，所以都有旋光性，能使偏振光的偏振面的向左或向右旋轉(zhuǎn)，向左旋轉(zhuǎn)的稱左旋，用“一”號表示，向右旋轉(zhuǎn)的稱右旋，用“＋”號表示。旋光物質(zhì)L-（-）-蘇氨酸D-（+）-蘇氨酸六、氨基酸的化學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)→性質(zhì)α-氨基，α-羧基

→共性R基團(tuán)

→特性1.兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)氨基酸為兩性離子（兼性離子、偶極離子）兩性離子(dipolarion)氨基酸在晶體或在水中主要以兼性離子形式存在氨基酸是兩性電解質(zhì)酸（供氫體）堿（受氫體）氨基酸的等點(diǎn)點(diǎn)（isoelectricpoint，pI）

在一定的pH條件下，氨基酸分子中所帶的正電荷和負(fù)電荷數(shù)相等，即凈電荷為零，此時溶液的pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

。氨基酸在等電點(diǎn)時溶解度最小。正離子pH<pI兩性離子pH=pI負(fù)離子pH>pI+OH-+H++OH-+H+實(shí)驗(yàn)證明在等電點(diǎn)時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，但也有少量的而且數(shù)量相等的正、負(fù)離子形式，還有極少量的中性分子。

氨基酸等點(diǎn)點(diǎn)的計算解離常數(shù)：pK值pK1

pK2

K1=[A±][H+][A+]K2=[A-][H+][A±]完全質(zhì)子化多元酸Henderson-Hasselbalch方程：pH=pKa+lg[質(zhì)子受體][質(zhì)子供體]pK值：指某種解離基團(tuán)有一半被解離時的pH值。甘氨酸酸

堿滴定曲線pK1pK22.349.60Gly等電點(diǎn)的計算K1=[Gly±][H+][Gly+]K2=[Gly-][H+][Gly±]pI時，[Gly+]=[Gly-]則：=[Gly±][H+]K1[Gly±]K2[H+]

[H+]2=K1K2pH=（pK1+pK2）/2pI=（pK1+pK2）/2pI=（2.34+9.60）/2=5.97Gly谷氨酸酸堿滴定曲線pK2pK1pK3Glu等電點(diǎn)的計算pK1pK2pK32.199.674.24pI=（pK1+pK2）/2=(2.19+4.25)=3.22賴氨酸酸堿滴定曲線pK2pK1pK3Lys等電點(diǎn)的計算pK2pK1pK32.1810.538.95pI=（pK2+pK3）/2=(8.95+10.53)=9.742.氨基酸的化學(xué)反應(yīng)茚三酮反應(yīng)亞硝酸反應(yīng)甲醛的反應(yīng)2.4—二硝基氟苯反應(yīng)（FDNB）與苯異硫氰酸（酯）的反應(yīng)二甲基氨基萘磺酰氯反應(yīng)（DNS-Cl）氨基酸與?；瘎ㄆS氧羰酰氯）的反應(yīng)成鹽和成酯反應(yīng)

茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物弱酸條件下共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。亞硝酸反應(yīng)氨基酸羥酸用途：氨基酸定量；蛋白質(zhì)水解程度測定甲醛滴定甲醛反應(yīng)

一羥甲基衍生物二羥甲基衍生物pH=pK+log[H2NCH2COO-][H3+NCH2COO-]+OH-弱酸2.4-二硝基氟苯（FDNB/DNFB）反應(yīng)（Sanger）室溫

pH8-9FDNBDNP-氨基酸（黃色）苯異硫氰酸（PITC，Edman反應(yīng)）PITCPTC-氨基酸PTH-氨基酸PTC：苯氨基硫甲酰；PTC：苯氨基硫甲酰5’-二甲氨基萘-1-磺酰氯反應(yīng)用途：N端氨基酸標(biāo)記；微量氨基酸定量熒光?；磻?yīng)芐氧羰酰氯芐氧羰酰-氨基酸用途：蛋白質(zhì)人工合成中氨基保護(hù)劑成鹽和成酯反應(yīng)3.氨基酸的分離和分析鑒定蛋白質(zhì)的水解→氨基酸混合物酸水解：6mol/LHCl,110–120?C,24h

堿水解：5mol/LNaOH110?C,24h

酶水解氨基酸的分離鑒定紙層析

薄層層析離子交換柱層析

紙層析(paperchromatography)

紙層析是以濾紙為惰性支持物的分配層析。濾紙纖維上的羥基具有親水性，吸附一層水作為固定相，有機(jī)溶劑為流動相。有機(jī)相流經(jīng)固定相支持物時，與固定相之間連續(xù)抽提，使物質(zhì)在兩相間不斷分配而得到分離。溶質(zhì)在濾紙上的移動速度用Rf值表示：（物質(zhì)結(jié)構(gòu)、溶劑系統(tǒng)的物質(zhì)組成等因素都會影響Rf值）Rf

＝

原點(diǎn)到層析斑點(diǎn)中心的距離原點(diǎn)到溶劑前沿的距離原點(diǎn)前沿雙向紙層析薄層層析（thin-layerchromatography

）

以硅膠、氧化鋁、纖維素粉等為支持劑支持劑涂布于玻璃板上→均勻薄層樣品滴加在薄層一端離子交換柱層析（ion-e